一种探测器光电二极管节点电容测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种探测器光电二极管节点电容测试装置和方法，属于光电探测器技术领域。所述方法包括控制开关导通，由外部电源向校准电容和像元阵列光电二极管节点电容充电至第一电压。该方法还包括控制开关断开，并在探测器开始曝光状态后由校准电容向像元阵列光电二极管节点电容供电，多帧曝光使校准电容电压降至第二电压。该方法还包括在每帧曝光后读取探测器输出信号值，多帧曝光结束后测量校准电容的电压变化。准电容的电压变化。准电容的电压变化。

【技术实现步骤摘要】
一种探测器光电二极管节点电容测试装置和方法


[0001]本专利技术涉及探测器光电二极管节点电容阵列，属于光电探测器


技术介绍

[0002]探测器是空间天文观测载荷的核心器件，在太空望远镜系统中具有举足轻重的作用，其中包括天文可见光探测器和天文红外探测器。天文用探测器，如天文红外探测器，一般采用源级跟随器(SFD)注入级像元电路，探测器曝光产生的光生电荷会存储在FD节点的等效光电二极管节点电容C
FD
上，随后通过源级跟随器按照比例将像元电压输出到列读出电路上。由于光电二极管节点电容C
FD
是由源级跟随器栅电容、复位晶体管源电容、光电二极管结电容以及其它寄生电容等构成，来源较为复杂，因而在计算上很难获得一个准确值。光电二极管节点电容是探测器最为重要的参数之一，包括电荷电压转换增益、量子效率、满阱电子数等均需要其参与计算，因而如何测量获得一个准确的光电二极管节点电容值就显得尤为重要。
[0003]传统的测试方法中，如光子散粒噪声法会因为像元间耦合电容的存在，导致实验结果会偏离泊松分布，实测光电二极管节点电容参数偏大；而Fe
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同位素测量方法则由于测试困难以及在诸如红外探测器测试中，由于其衬底材料(如碲锌镉)对软X射线的吸收问题而难于应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种探测器光电二极管节点电容测试装置和方法，采用简单易行的方式，实现了光电二极管节点电容精准测量。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种探测器光电二极管节点电容测试装置，该方法包括开关、电源、校准电容、驱动及信号处理电路；
[0006]电源的正极电气连接到开关的一端，开关的另一端电气连接到校准电容的第一电极，以及所述探测器像元阵列复位晶体管的供电端；
[0007]电源的负极、校准电容的第二电极、探测器像元阵列光电二极管节点电容的衬底接触电气连接在一起，并最终电气连接到地；
[0008]开关的控制端、校准电容的第一电极、探测器的行驱动电路、探测器列读出电路输出信号V<1
…
n>电气连接到驱动及信号处理电路；
[0009]驱动及信号处理电路被配置成：控制开关导通，同时控制像元阵列复位晶体管，由电源向校准电容和像元阵列光电二极管节点电容充电至第一电压；控制开关断开，由校准电容向像元阵列光电二极管节点电容供电，同时控制探测器开始k帧曝光过程，曝光过程中，控制像元内复位晶体管在关闭和开启状态反复切换，使得探测器像元阵列光电二极管节点电容反复从校准电容中抽取电流，直到校准电容电压降至第二电压，读取由探测器列读出电路输出的曝光信号，根据每帧曝光后探测器像元阵列各像元输出信号电压值、k帧曝光结束后测量校准电容的电压变化，计算出光电二极管节点电容的电容值，k大于等于1。
[0010]优选地，所述校准电容的规格在1uF～10uF范围内选择。
[0011]优选地，所述第一电压为探测器的像元复位电压。
[0012]优选地，所述第二电压相对于第一电压下降0.1V～0.5V。
[0013]优选地，所述驱动和信号处理电路包括第一控制接口、第二控制接口、第一缓冲电路、第一模数转换电路、第二缓冲电路、第二模数转换电路、第二控制接口、可编程信号处理器；
[0014]第一控制接口，与开关的控制端连接，用于将开关控制信号发送至开关，控制开关的导通与断开；
[0015]第二控制接口，同探测器像元阵列行驱动电路的输入端相连，用于将复位控制信号和列选通控制信号发送至行驱动电路；
[0016]第一模拟缓冲电路，同校准电容第一电极连接，用于采集校准电容的电压；
[0017]第一模数转换电路，与第一模拟缓冲电路的输出端连接，将校准电容的电压转换成数字信号发送给可编程信号处理器；
[0018]第二模拟缓冲电路，同探测器像元阵列列读出电路的V_out<1
…
n>端连接，用于读取探测器输出信号值；
[0019]第二模数转换电路，将探测器输出信号值转换为数字信号，发送给可编程信号处理器；
[0020]可编程信号处理器，初始状态下，产生开关控制信号，控制开关处在断开状态，预设的一段时间后，变更开关控制信号，控制开关处在导通状态，同时产生复位控制信号，控制像元阵列复位晶体管，由外部电源向校准电容和像元阵列光电二极管节点电容充电，实时检测校准电容的电压值，直到校准电容的电压值达到第一电压之后，再次变更开关控制信号，控制开关断开，通过校准电容向像元阵列光电二极管节点电容供电，输出列选通控制信号，控制像元内列选通晶体管在关闭和开启状态反复切换，使得探测器像元阵列光电二极管节点电容反复从校准电容中抽取电流，同时检测校准电容的电压值，直到校准电容电压降至第二电压，实时读取由探测器列读出电路输出的曝光信号，根据每帧曝光后探测器像元阵列各像元输出信号电压值、k帧曝光结束后测量校准电容的电压变化，计算出光电二极管节点电容的电容值。
[0021]优选地，所述光电二极管节点电容C
FD
根据如下公式计算得到：
[0022][0023]其中，U
C1
为第一电压，U
Ck
为第二电压，frames为曝光帧数，U
s,r,l
为像元阵列中第s帧，第r行，第l列像元输出信号电压值，m为探测器像元阵列的行数，n为探测器像元阵列的列数，G为源级跟随器晶体管SFD的增益因子，C
校准电容
为校准电容的容值。
[0024]本专利技术的另一个技术方案是：一种探测器光电二极管节点电容测试方法，该方法包括如下步骤：
[0025]S1、控制开关导通，由外部电源向校准电容和像元阵列光电二极管节点电容充电至第一电压；
[0026]S2、控制开关断开，通过校准电容向像元阵列光电二极管节点电容供电，同时控制探测器开始k帧曝光过程，曝光过程中，控制像元内复位晶体管在关闭和开启状态反复切
换，使得探测器像元阵列光电二极管节点电容反复从校准电容中抽取电流，直到校准电容电压降至第二电压；
[0027]S3、根据每帧曝光后探测器像元阵列各像元输出信号电压值、k帧曝光结束后测量校准电容的电压变化，计算出光电二极管节点电容的电容值，k大于等于1。
[0028]优选地，所述光电二极管节点电容C
FD
根据如下公式计算得到：
[0029][0030]其中，U
C1
为第一电压，U
Ck
为第二电压，frames为曝光帧数，U
s,r,l
为像元阵列中第s帧，第r行，第l列像元输出信号电压值，m为探测器像元阵列的行数，n为探测器像元阵列的列数，G为源级跟随器晶体管SFD的增益因子，C
校准电容
为校准电容的容值。
[0031]优选地，所述第一电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测器光电二极管节点电容测试装置，其特征在于包括开关、电源、校准电容、驱动及信号处理电路；电源的正极电气连接到开关的一端，开关的另一端电气连接到校准电容的第一电极，以及所述探测器像元阵列复位晶体管的供电端；电源的负极、校准电容的第二电极、探测器像元阵列光电二极管节点电容的衬底接触电气连接在一起，并最终电气连接到地；开关的控制端、校准电容的第一电极、探测器的行驱动电路、探测器列读出电路输出信号V<1
…
n>电气连接到驱动及信号处理电路；驱动及信号处理电路被配置成：控制开关导通，同时控制像元阵列复位晶体管，由电源向校准电容和像元阵列光电二极管节点电容充电至第一电压；控制开关断开，由校准电容向像元阵列光电二极管节点电容供电，同时控制探测器开始k帧曝光过程，曝光过程中，控制像元内复位晶体管在关闭和开启状态反复切换，使得探测器像元阵列光电二极管节点电容反复从校准电容中抽取电流，直到校准电容电压降至第二电压，读取由探测器列读出电路输出的曝光信号，根据每帧曝光后探测器像元阵列各像元输出信号电压值、k帧曝光结束后测量校准电容的电压变化，计算出光电二极管节点电容的电容值，k大于等于1。2.根据权利要求1所述的一种探测器光电二极管节点电容测试装置，其特征在于所述校准电容的规格在1uF～10uF范围内选择。3.根据权利要求1所述的一种探测器光电二极管节点电容测试装置，其特征在于所述第一电压为探测器的像元复位电压。4.根据权利要求1所述的一种探测器光电二极管节点电容测试装置，其特征在于所述第二电压相对于第一电压下降0.1V～0.5V。5.根据权利要求1所述的一种探测器光电二极管节点电容测试装置，其特征在于所述驱动和信号处理电路包括第一控制接口、第二控制接口、第一缓冲电路、第一模数转换电路、第二缓冲电路、第二模数转换电路、第二控制接口、可编程信号处理器；第一控制接口，与开关的控制端连接，用于将开关控制信号发送至开关，控制开关的导通与断开；第二控制接口，同探测器像元阵列行驱动电路的输入端相连，用于将复位控制信号和列选通控制信号控制信号发送至行驱动电路；第一模拟缓冲电路，同校准电容第一电极连接，用于采集校准电容的电压；第一模数转换电路，与第一模拟缓冲电路的输出端连接，将校准电容的电压转换成数字信号发送给可编程信号处理器；第二模拟缓冲电路，同探测器像元阵列列读出电路的V_out<1
…
n>端连接，用于读取探测器输出信号值；第二模数转换电路，将探测器输出信号值转换为数字信号，发送给可编程信号处理器；可编程信号处理器，初始状态下，产生开关控制信号，控制开关处在断开状态，预设的一段时间后，变更开关控制信号，控制开关处在导通状态，同时产生复位控制信号，控制像元阵列复位晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊奔，徐圣亚，卜洪波，孙启扬，戴立群，谢莉莉，谢圣文，柴瑞青，潘卫军，王耕耘，吴淞波，姚瑶，翟国芳，张旭，程甘霖，韩立镪，陈瑞明，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：